测量放大器设计

集成电路作业

——测量放大器的设计

一、 题目：测量放大器的设计

设计一个超低噪声、高阻、浮地输入的测量放大器，要求： a) 远程输入：Ui?01000mV,Fi?0100Hz

b) 增益：Avf?80dB；

c) 输出：Uom??10V，非线性误差r?0.1%； d) 共模抑制比：CMRR?120dB； e) 通频带：0100Hz，阻带衰减大于：?40dB/10f；

推荐芯片：Aud?100dB,BWA?300kHz,CMRR?90dB

二、方案设计

1）题目分析

题目要求设计一个超低噪声、高阻、浮地输入的测量放大器，同时要求具有较高增益，高共模抑制比，低通频带，阻带衰减大于

?40dB/10f等。结合所学知识，参考相关资料，决定前级采用具备超低噪声、高阻、浮地输入、高增益、高共模抑制比等优良属性的仪用放大器来实现信号的放大，后级采用二阶低通滤波器实现对信号的滤波，使其满足频带约束。

2）具体方案 A放大电路

结合我们要实现的测量放大器参数，选取OP07型集成运算放

大器。

表格 1 OP07芯片参数

参数 正常值 Aud CMRR 100dB 120dB 分析电路要实现的最大增益80dB，也即闭环增益要求最大达到10000倍。

考虑运放的交流动态特性，以及非线性失真等因素 非线性失真：

AudrAuf?(210) 交流动态特性：

BWAAuf? (210)fH

将OP07芯片的具体参数带入求得在保证电路性能稳定可靠的情况下，OP07芯片单级最大可实现的放大倍数大约为100倍。因此为了实现对信号最大放大80dB的参数要求我决定采用两级放大，即前级采用仪用放大器，对信号最大放大100倍，保证系统对超低噪声、高阻、浮地输入的要求，第二级采用反相放大器，最大放大100倍，最终实现系统对信号稳定可靠放大80dB。

图1是采用OP07型运算放大器搭接的仪用放大器，通过调节可调电阻Rg对信号稳定可靠的放大10—100倍，作为第一级放大电路。（注：电路所采用的电阻，电容参数如图中所示）。

图1仪用放大器

增益计算公式：

AI?R6[(R1?Rg)?R2?R3](R1?Rg)R2图2是第二级反相放大器电路，考虑到信号的最大输入1000mv，如果直接对其放大80dB必定发生饱和失真，因此设置可调电阻R10根据输入信号的大小来动态调节放大倍数实现对信号稳定可靠放大10—100倍。

图2第二级放大器

增益计算公式：

当电路中各电阻取如图阻值时可实现B滤波电路

R12?R10AI'?R8最大增益80dB

分析题目要求通频带为0—100Hz，阻带衰减大于?40dB/10f，

所以考虑采用二阶低通滤波器，如下图所示电路。（图中C1=C2=C，R13=R）

零频放大倍数：

G0?1?RfR

截止频率计算公式：

将图中电阻电容值带入上述公式，即可实现截止频率为100Hz，而中频增益约等于1。

C整体电路图

1w0?RC

系统整体共模抑制比分析： 共模抑制比计算公式如下：

CMRR1*CMRR2CMRR?CMRR1?CMRR2模抑制比。

注：CMRR1,CMRR2分别是仪用放大器差分输入级的两个运放的共

由于本电路全部芯片均采用OP07，所以理想状态下器共模抑制比可达到无穷大。在实际情况下，假使CMRR1=100dB，CMRR2=97dB，

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/n942.html